基于多自治系統(tǒng)的路由過濾仿真設(shè)計(jì)*

孫光懿，繳 健

（1.天津音樂學(xué)院網(wǎng)絡(luò)安全和信息化辦公室，天津 300171；2.天津市教育委員會(huì)教育綜合服務(wù)中心，天津 300191）

0 引 言

現(xiàn)實(shí)中的網(wǎng)絡(luò)通常是由多自治系統(tǒng)構(gòu)建而成，而在自治系統(tǒng)內(nèi)部往往運(yùn)行著多種動(dòng)態(tài)路由協(xié)議.眾所周知，動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，如：RIP、IGRP、OSPF和ISIS等，在運(yùn)行時(shí)均會(huì)以各自的方式產(chǎn)生路由更新.例如：RIP的路由更新是以周期性的方式產(chǎn)生的，而OSPF的路由更新不僅可以以周期性的方式產(chǎn)生，而且還可以以觸發(fā)的方式產(chǎn)生.需要讀者明確的是，路由更新對(duì)路由器能否做出合理的路由決策起決定作用，且其傳遞只在成功建立鄰接關(guān)系的路由器之間進(jìn)行.雖然路由更新對(duì)路由決策至關(guān)重要，但管理者如不對(duì)其進(jìn)行合理控制和調(diào)整，勢必會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的整體性能造成影響.原因如下：其一，大量的路由更新會(huì)搶占路由器CPU資源和用戶數(shù)據(jù)帶寬；其二，在雙向路由重分發(fā)的網(wǎng)絡(luò)中，路由更新有可能造成路由反饋或路由環(huán)路現(xiàn)象的出現(xiàn)；其三，出于安全性的考慮需要禁止對(duì)特定的路由更新進(jìn)行通告.因此，網(wǎng)絡(luò)管理者在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的過程中，有必要使用相關(guān)技術(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)路由協(xié)議產(chǎn)生的路由更新進(jìn)行過濾.

1 路由更新控制關(guān)鍵技術(shù)

1.1 被動(dòng)接口

被動(dòng)接口技術(shù)的設(shè)計(jì)初衷，就是為了有效防止網(wǎng)絡(luò)中的其他路由器動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)到本路由器的路由更新[1].無論路由器運(yùn)行的是哪類動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，一旦某個(gè)接口被設(shè)置為被動(dòng)接口，那么該接口將不會(huì)對(duì)外發(fā)送任何路由更新.特殊情況下，如果有個(gè)別路由器需要從該接口接收路由更新，那么可通過手動(dòng)指定鄰居路由器來實(shí)現(xiàn).設(shè)置后，該接口只會(huì)將路由更新發(fā)送給所指定的鄰居路由器.需要注意的是：不同種類的動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，被動(dòng)接口技術(shù)的工作方式也不近相同，例如在RIP路由協(xié)議中設(shè)置被動(dòng)接口后，雖然該接口不能以廣播或組播的方式對(duì)外發(fā)送任何路由更新，但該接口還可從鄰接路由器接收路由更新，而在OSPF路由協(xié)議中設(shè)置被動(dòng)接口后，該接口將不會(huì)發(fā)送和接收任何路由更新；與上述2類路由協(xié)議不同的是，在EIGRP路由協(xié)議中設(shè)置被動(dòng)接口后，該接口不僅不會(huì)發(fā)送和接收任何路由更新，而且還不會(huì)發(fā)送用于建立EIGRP鄰接關(guān)系的Hello數(shù)據(jù)包.

1.2 分發(fā)列表

分發(fā)列表是一種通過引用訪問控制列表（ACL），來對(duì)路由更新進(jìn)行控制的技術(shù)[2].之所以要引用ACL，主要是因?yàn)锳CL擁有既可對(duì)用戶數(shù)據(jù)流進(jìn)行精準(zhǔn)控制，又不會(huì)對(duì)出站的路由通告產(chǎn)生任何影響的特性.該技術(shù)的誕生使管理者對(duì)路由更新的控制有了極大的靈活性.不僅可過濾相同路由域中的鄰接路由器發(fā)出的路由更新，而且還可過濾重分發(fā)自其他動(dòng)態(tài)路由協(xié)議的路由更新.通常情況下，分發(fā)列表技術(shù)基于3種方式在路由協(xié)議進(jìn)程中進(jìn)行部署：（1）在入站接口進(jìn)行部署，主要用于過濾從路由器某指定接口進(jìn)入的路由更新；（2）在出站接口進(jìn)行部署，主要用于過濾從路由器某指定接口發(fā)出的路由更新或指定路由協(xié)議的路由更新；（3）在路由重分發(fā)中進(jìn)行配置，主要用于過濾重分發(fā)自其他動(dòng)態(tài)路由協(xié)議的路由更新.此外，由于分發(fā)列表不能過濾鏈路狀態(tài)廣播（LSA），因此該技術(shù)更適合部署在距離矢量路由協(xié)議中，無論部署在入接口方向還是在出接口方向均能正常過濾路由更新.如果將其部署在OSPF鏈路狀態(tài)路由協(xié)議中，那么就會(huì)存在以下問題：其一，部署在入接口方向，只可過濾執(zhí)行分發(fā)列表的OSPF路由器本地路由表.其二，部署在出接口方向，只可過濾重分發(fā)到OSPF路由域內(nèi)的外部路由，而無法過濾OSPF區(qū)域內(nèi)路由和區(qū)域間路由.

1.3 路由映射表

路由映射表功能強(qiáng)大，不僅可用于過濾重分發(fā)而來的外部路由更新，而且還可應(yīng)用于策略路由、網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換以及控制BGP協(xié)議路徑屬性.路由映射表由一組名稱相同的route-map語句所構(gòu)成，每條語句均存在一個(gè)編號(hào)（編號(hào)默認(rèn)為10，且不會(huì)自動(dòng)遞增），因此管理者可對(duì)其進(jìn)行編輯[3-5].與訪問控制列表相類似，路由映射表也是按照從小到大的編號(hào)順序來處理每條語句.通常建立路由映射表需要如下步驟：首先，在全局配置模式下使用routemap命令定義路由映射表.其次，使用match命令定義要檢查的條件（可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)訪問控制列表、擴(kuò)展訪問控制列表、前綴列表、數(shù)據(jù)包的長度、路由類型、路由度量值和路由標(biāo)記等來設(shè)定檢查條件）.如果出現(xiàn)route-map語句不包含match命令的情況，那么路由器就會(huì)認(rèn)為該route-map語句與所有數(shù)據(jù)包相匹配.在這里需要明確的是：單條match語句可以同時(shí)設(shè)置多個(gè)檢查條件，但只要匹配其中一個(gè)檢查條件，路由器就會(huì)認(rèn)為與該match語句相匹配.再次，使用set命令定義當(dāng)與措施為permit的條件相匹配時(shí)，路由器應(yīng)采取的動(dòng)作（可使用set命令控制路由度量值、設(shè)置數(shù)據(jù)包出接口及下一跳、設(shè)置目標(biāo)路由協(xié)議的度量類型等）.最后，應(yīng)用路由映射表.

1.4 前綴列表

與訪問控制列表相比，前綴列表通常具有以下不可替代的優(yōu)勢：首先，可使網(wǎng)絡(luò)管理者更為靈活的過濾路由更新.前綴列表不僅可以明確指定子網(wǎng)掩碼的大小，而且還可以對(duì)子網(wǎng)掩碼的范圍做出限定.其次，可有效提升路由器過濾路由更新的處理速度.這是因?yàn)槁酚善髟谔幚砬熬Y列表時(shí)，會(huì)將其轉(zhuǎn)換為樹形結(jié)構(gòu)并進(jìn)行測試，從而使路由器IOS能夠快速?zèng)Q定是允許還是拒絕.再次，網(wǎng)絡(luò)管理者可對(duì)前綴列表的條目進(jìn)行添加或刪除操作.最后，可將前綴列表部署在BGP協(xié)議中.

2 仿真實(shí)驗(yàn)

在思科GNS3虛擬仿真環(huán)境下，構(gòu)建了一個(gè)擁有8臺(tái)思科3725路由器（IOS鏡像文件為c3725-ad‐venterprisek9-mz.123-4.t4.bin）的大型網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)由AS 64530及AS 64532共2個(gè)自治系統(tǒng)所組成.網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間連接及相關(guān)接口情況如圖1所示.AS 64532自治系統(tǒng)不僅包含有OSPF路由域（由路由器R1、R4、R5所組成，路由器R1為該路由域的邊界路由器），而且包含有RIP路由域（由路由器R1、R2、R3、R8所組成，路由器R1為該路由域的邊界路由器）.而AS 64530自治系統(tǒng)只包含一個(gè)EIGRP路由域（由路由器R6、R7通過雙鏈路互聯(lián)所組成.在這里把R6 E1/2接口至R7 E1/2接口之間的鏈路，簡稱為M1鏈路；把R6 S2/0接口至R7 S2/1接口之間的鏈路，簡稱為M2鏈路）.本次仿真實(shí)驗(yàn)首先研究被動(dòng)接口、分發(fā)列表、路由映射表、前綴列表等技術(shù)在RIP路由域中、OSPF路由域中、EIGRP路由域中以及路由重分發(fā)過程中進(jìn)行路由過濾的實(shí)現(xiàn)機(jī)制和過程.研究使用BGP協(xié)議實(shí)現(xiàn)自治系統(tǒng)間互聯(lián)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制和過程.擬計(jì)劃實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo)：

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

（1）在OSPF路由域內(nèi)，允許路由器R1學(xué)習(xí)到去往目標(biāo)地址“路由器R5回環(huán)接口1（175.13.1.1/24）及回環(huán)接口 2（175.13.2.1/24）”的路由條目，禁止路由器R4學(xué)習(xí)到去往目標(biāo)地址“路由器R5回環(huán)接口 2（175.13.2.1/24）”的路由條目.

（2）在RIP路由域內(nèi)，不僅需要禁止路由器R1、R2、R3學(xué)習(xí)到去往目標(biāo)地址“路由器R8回環(huán)接口1（192.168.80.10/24）”的路由條目，而且還需要禁止路由器R1、R2學(xué)習(xí)到去往目標(biāo)地址“路由器R3回環(huán)接口3（192.168.70.9/24）”的路由條目.只允許路由器R8學(xué)習(xí)到該路由域內(nèi)的全部路由條目.

（3）在AS 64532自治系統(tǒng)內(nèi)，不僅允許OSPF路由域中的全部路由條目在RIP路由域中進(jìn)行傳播，而且還允許RIP路由域中的4條路由條目（196.10.10.0/24、 196.10.11.0/24、 196.10.12.0/24、192.168.50.0/24）在OSPF路由域中進(jìn)行傳播.

（4）在EIGRP路由域內(nèi)，實(shí)現(xiàn)路由器R6、R7之間鏈路分流.當(dāng)路由器R7訪問路由器R6回環(huán)接口1時(shí)，或當(dāng)路由器R6訪問路由器R7回環(huán)接口1時(shí)，數(shù)據(jù)包走M(jìn)1鏈路.當(dāng)路由器R7訪問路由器R6回環(huán)接口2時(shí)，或當(dāng)路由器R6訪問路由器R7回環(huán)接口2時(shí)，數(shù)據(jù)包走M(jìn)2鏈路.

（5）實(shí)現(xiàn)AS 64530自治系統(tǒng)內(nèi)的終端計(jì)算機(jī)C3，能夠正常訪問AS 64532自治系統(tǒng)內(nèi)路由器R5回環(huán)接口1.

2.1 在OSPF路由域內(nèi)部署分發(fā)列表過濾路由

為保證OSPF域內(nèi)路由器R4無法學(xué)習(xí)到去往目標(biāo)地址“路由器R5回環(huán)接口2”的路由條目，同時(shí)也為了保證路由器R1能夠?qū)W習(xí)到去往目標(biāo)地址“路由器R5回環(huán)接口1與回環(huán)接口2”的路由條目.因此，有必要在路由器R4入站接口部署分發(fā)列表.之所以這樣做是因?yàn)椋涸谌胝窘涌诓渴鸱职l(fā)列表，只會(huì)對(duì)路由器R4的本地路由表起過濾作用，而被過濾網(wǎng)段的相關(guān)LSA會(huì)繼續(xù)泛洪給路由器R1（OSPF路由器之間傳遞的消息為LSA，分發(fā)列表無法對(duì)其進(jìn)行過濾）[6].因此，路由器R1仍可學(xué)習(xí)到被路由器R4過濾掉的路由條目.路由器R4的相關(guān)配置命令為

路由器R4配置完成后，分別查看路由器R1、R4的路由表，如圖2和3所示.在路由器R4入站接口部署分發(fā)列表后，路由器R4的路由表中并不存在去往目標(biāo)地址“路由器R5回環(huán)接口2”的路由條目.而路由器R1的路由表中不僅存在去往目標(biāo)地址“路由器R5回環(huán)接口1”的路由條目，而且還存在去往目標(biāo)地址“路由器R5回環(huán)接口2”的路由條目（上述2條路由條目的路由標(biāo)識(shí)符、度量值以及下一跳地址均相同）.這足以充分說明：在OSPF路由域內(nèi)部署的分發(fā)列表，實(shí)現(xiàn)了既定目標(biāo)（1）.

圖2 路由器R1路由表

圖3 路由器R4路由表

2.2 在RIP路由域內(nèi)過濾路由

2.2.1 在路由器R8中部署被動(dòng)接口過濾路由

為保證RIP域內(nèi)路由器R1、R2、R3無法學(xué)習(xí)到去往目標(biāo)地址“路由器R8回環(huán)接口1（192.168.80.10/24）”的路由條目，同時(shí)也為保證路由器R8能夠?qū)W習(xí)到該路由域內(nèi)的全部路由條目.因此，有必要將路由器R8的e1/2接口設(shè)置為被動(dòng)接口.這樣以來不僅可以確保路由器R8不會(huì)以組播或廣播的方式（組播方式最節(jié)省網(wǎng)絡(luò)流量）向鄰居路由器R3發(fā)送任何RIP路由更新，而且還可以確保其繼續(xù)接收鄰居路由器R3發(fā)來的RIP路由更新.需要注意的是：即使為RIP路由器設(shè)置了被動(dòng)接口，網(wǎng)絡(luò)管理者還可通過單播的方式向其鄰居路由器發(fā)送RIP路由更新.路由器R8的相關(guān)配置命令為

為使讀者能更清楚地了解被動(dòng)接口技術(shù)在RIP協(xié)議中的工作機(jī)制與工作過程.首先，使用命令查看路由器R8的路由表，如圖4所示.其次，使用Wireshark網(wǎng)絡(luò)分析軟件并以路由器R3的e1/2接口為源，對(duì)其進(jìn)行抓包分析（圖5）.其一，路由器R8已成功學(xué)習(xí)到了RIP路由域內(nèi)的全部路由條目；其二，在路由器R3的e1/2接口捕獲的RIP數(shù)據(jù)包中，只有路由器R3用來傳送路由更新的RIP響應(yīng)數(shù)據(jù)包（Response為“1”代表該數(shù)據(jù)包為RIP請(qǐng)求數(shù)據(jù)包，為“2”代表該數(shù)據(jù)包為RIP響應(yīng)數(shù)據(jù)包），而從未收到來自路由器R8的任何RIP數(shù)據(jù)包；其三，路由器R3通過 e1/2接口，不斷的將以下5條RIP路由 更 新（192.168.50.0、192.168.55.0、192.168.70.0、196.10.10.0、196.10.11.0）發(fā) 送 給 RIPv2組播地址224.0.0.9（由于路由器R8的e1/2接口與路由器R3的e1/2接口互聯(lián)并已開啟RIP，因此會(huì)自動(dòng)監(jiān)聽并處理來自RIPv2組播地址224.0.0.9的報(bào)文）.這足以充分說明：在將路由器R8的e1/2接口設(shè)置為被動(dòng)接口后，不僅成功禁止了路由器R1、R2、R3學(xué)習(xí)到去往目標(biāo)地址“路由器R8回環(huán)接口1（192.168.80.10/24）”的路由條目，而且還保證了路由器R8能夠?qū)W習(xí)到RIP路由域內(nèi)的全部路由條目.

圖4 路由器R8的路由表

圖5 路由器R3的e1/2接口RIP數(shù)據(jù)包

2.2.2 在路由器R3中部署分發(fā)列表過濾路由

為保證RIP路由域內(nèi)路由器R1、R2無法學(xué)習(xí)到去往目標(biāo)地址“路由器R3回環(huán)接口3（192.168.70.9/24）”的路由條目，因此有必要在路由器R3出站接口或路由器R2的入站接口部署分發(fā)列表.原因如下：RIP協(xié)議為距離矢量協(xié)議，RIP路由器之傳遞的是路由更新信息，而分發(fā)列表對(duì)路由更新具有絕對(duì)的控制權(quán)[7].如將其部署在入站接口，可對(duì)特定的路由更新進(jìn)行過濾，從而使執(zhí)行分發(fā)列表的本地路由器的路由表發(fā)生改變.如將其部署在出站接口，實(shí)際上本地路由器給下游路由器傳遞的內(nèi)容是執(zhí)行分發(fā)列表后的路由更新條目.在這里選擇在路由器R3的出站接口部署分發(fā)列表，相關(guān)配置命令為

上述配置完成后，以路由器R1為例查看其路由表（圖6）.路由器R1共學(xué)習(xí)到4條RIP路由條目（196.10.11.0/24、196.10.12.0、24、192.168.50.0/24、192.168.55.0/24），其路由表中并不存在去往目標(biāo)地址“路由器R3回環(huán)接口3”的路由條目.這足以充分說明：在路由器R3、R8中采取的路由過濾措施，實(shí)現(xiàn)了既定目標(biāo)（2）.

圖6 路由器R1的路由表

2.3 在單點(diǎn)雙向路由重分發(fā)過程中過濾路由

在AS 64532自治系統(tǒng)內(nèi)，為使OSPF及RIP路由域中的相關(guān)路由能夠在對(duì)方路由域中進(jìn)行傳播，有必要在路由器R1（同為上述2個(gè)路由域的邊界路由器）中實(shí)施雙向路由重分發(fā)[8-9].這樣不僅可將OSPF路由通告到RIP路由域，而且還可將RIP路由通告到OSPF路由域.

由于RIP路由域中只有以下4條路由條目（196.10.10.0/24、 196.10.11.0/24、196.10.12.0/24、192.168.50.0/24）被允許在OSPF路由域中進(jìn)行傳播.因此，還需在路由器R1中部署路由映射表，并將其分別應(yīng)用于RIP路由到OSPF路由域、以及OSPF路由到RIP路由域的重分發(fā)過程中.路由器R1的相關(guān)配置命令為

上述配置完成后，以O(shè)SPF路由器R5及RIP路由器R8為例，分別查看其路由表，如圖7和8所示.路由器R5共學(xué)習(xí)到4條路由標(biāo)識(shí)符為“O E2”的外部路由（重分發(fā)到OSPF時(shí)，默認(rèn)度量值類型為2），以上4條路由既為重分發(fā)到OSPF路由域的RIP路由條目（196.10.10.0/24、196.10.11.0/24、196.10.12.0/24、192.168.50.0/24）；路由器 R8共學(xué)習(xí)到 2條路由標(biāo)識(shí)符為“R”，且度量值為“12”（重分發(fā)到RIP路由域時(shí)度量值為10，而后又經(jīng)兩跳傳遞到路由器R8）的外部匯總路由（175.12.0.0/16、175.13.0.0/16），以上2條路由包含了重分布到RIP路由域中的全部OSPF路由條目.這足以充分說明在路由器R1中實(shí)施的雙向路由重分發(fā)及采取的路由過濾措施，實(shí)現(xiàn)了既定目標(biāo)（3）.

圖7 路由重分發(fā)后路由器R5的路由表

圖8 路由重分發(fā)后路由器R8的路由表

2.4 在EIGRP路由域內(nèi)過濾路由

在EIGRP路由域內(nèi)，通過在路由器R6、R7中部署前綴列表來實(shí)現(xiàn)二者之間鏈路分流.與使用訪問控制列表相類似，使用前綴列表進(jìn)行過濾路由時(shí)，需先判斷路由前綴與前綴列表中的前綴是否匹配[10-12].如果前綴列表為空，那么將允許所有路由前綴通過.路由器R6的相關(guān)配置與路由器R7的配置類似.

路由器R6的相關(guān)配置為

從中不難發(fā)現(xiàn)：當(dāng)路由器R7訪問路由器R6回環(huán)接口1時(shí)，數(shù)據(jù)包的下一跳地址為“193.168.11.1”，此時(shí)數(shù)據(jù)包走M(jìn)1鏈路；而當(dāng)路由器R7訪問路由器R6回環(huán)接口2時(shí)，數(shù)據(jù)包的下一跳地址則變?yōu)椤?93.168.10.1”，此時(shí)數(shù)據(jù)包走M(jìn)2鏈路.這足以充分說明，通過在路由器R6、R7中部署前綴列表，實(shí)現(xiàn)了既定目標(biāo)（4）.

2.5 在路由器R5、R6、R7中部署B(yǎng)GP協(xié)議

路由器R5、R6分別為AS 64532和AS 64530的邊界路由器.因此，二者之間運(yùn)行的BGP協(xié)議為EBGP[13].而對(duì)于路由器R7來說，由于與路由器R6同在AS 64530內(nèi)，因此其運(yùn)行的BGP協(xié)議為IBGP.需要讀者注意的是：其一，2臺(tái)EBGP鄰居路由器在交換BGP路由更新前，必須要先成功建立TCP會(huì)話.其二，EBGP鄰居路由器的IP地址必須是直連或通過靜態(tài)路由可達(dá)的[14-15].路由器R5、R7的配置與R6類似.

路由器R6的相關(guān)配置為

路由器R5、R6、R7配置完成后，首先，以路由器R6為例，使用命令sh ip bgp summary查看其BGP連接狀態(tài)情況（圖9）[16].路由器 R6分別與路由器 R5、R7成功建立了EBGP和IBGP鄰接關(guān)系.其次，以路由器R7為例，使用命令sh ip bgp summary查看其BGP拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫.在路由器R7的BGP拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫中，存在一條去往路由器R5回環(huán)接口1所在網(wǎng)絡(luò)“175.13.1.0/24”的路由（該路由已被BGP選為最佳路由，并提交給路由表）.再次，使用Ping命令測試，終端計(jì)算機(jī)C3訪問路由器R回環(huán)接口1的連通性（圖10）.AS 64530自治系統(tǒng)內(nèi)的終端計(jì)算機(jī)C3，能夠正常訪問AS 64532自治系統(tǒng)內(nèi)路由器R5回環(huán)接口1.這足以說明，通過在路由器R5、R6、R7中部署B(yǎng)GP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了既定目標(biāo)（5）.

圖9 查看路由器R6的BGP連接狀態(tài)

圖10 測試終端計(jì)算機(jī)C3訪問路由器R5回環(huán)接口1的連通性

3 結(jié)束語

現(xiàn)實(shí)中網(wǎng)絡(luò)管理者在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)過程中，不僅要考慮網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性，而且還要充分考慮網(wǎng)絡(luò)的整體性能.多數(shù)情況下并不需要在網(wǎng)絡(luò)中通告所有的路由更新，只需通告特定的路由更新即可.因此，有必要部署相關(guān)路由過濾技術(shù)，在充分考慮網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景的情況下做好網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作.